Неорганическая химия. Т. 2. Под ред. Ю.Д. Третьякова (Ю.Д. Третьяков - Неорганическая химия в 3-х томах)

ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ Н ЕО РГАН ИЧ ЕСКАЯ ХИМИЯ В ТРЕХ ТОМАХ Под редакцией академика Ю.Д.ТРЕТЬЯКОВА Том 2 Химия непереходных элементов Допущено Иинистерством образования Российской Федерации в качестве учебника для опудентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 520500 ехимия» и специалвности 01 з 000 вхимия» Москва АСАОЕМ А 2004 УДК 54(075.8) ББК 24.1я73 Н52 Рецензенты: зав. кафедрой неорганической и аналитической химии Тверского государственного университета, д-р хим.

наук, профессор И.ГГ, Горелов, зав. учебно-методическим отделом Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН и Высшего химического колледжа РАН, д-р хим, наук, профессор А.Б.Ярославцев Изложена химия отдельных групп элементов в соответствии с ллиннопериодной формой Периодической таблицы. Дана общая характеристика групп, приведено описание простых веществ и соединений элементов.

Отражены современные взгляды на строение химических веществ н их свойства. Большое внимание уделено химии растворов и описанию свойств веществ, с которыми студенты знакомятся при выполнении практических работ. Учебник предназначен для студентов химических факультетов университетов и химических специальностей высших учебных заведений. УДК 54(075.8) ББК 24.1я73 15В1Ч 5-7695-1436-1 (т. 2) 1ЗВЫ 5-7695-1437-Х О Дроздов А.А., Зломанов В.П., Мазо Г.Н., Спиридонов Ф.М., 2004 О Издательский центр «Академия», 2004 Неорганическая химия: В 3 т. / Под ред.

Ю.Д. Третьякова. Т. 2: Химия Н52 непереходных злементов: Учебник для стул. выонг. учеб. заведений / А.А.Дроздов, В.П. Зломанов, Г. Н. Мазо, Ф. М. Спиридонов. — Мл Издательский центр «Академия», 2004. — 368 с. 18В)х) 5-7б95-143б-1 ПРЕДИСЛОВИЕ Во втором томе учебника, адресованного в первую очередь студентам-первокурсникам химических факультетов университетов, систематически изложена химия з- и р-элементов. Последовательность изложения материала соответствует расположению групп в Периодической системе элементов Д.

И. Менделеева. Нумерация групп дана в соответствии с длинной формой Периодической таблицы, рекомендованной Международным союзом теоретической и прикладной химии. В каждой главе книги рассмотрена химия отдельной группы (подгруппы, если пользоваться короткой формой таблицы) элементов, исключение составляет первая глава, посвященная водороду, воде и пероксиду водорода. Изложение материала в каждой главе начинается с обшей характеристики группы — анализа электронной конфигурации атомов, возможных степеней окисления и выявления общих закономерностей в изменении окислительновосстановительных и кислотно-основных свойств соединений.

Затем приводится описание простых веществ, оксидов, галогенидов, гидроксидов, солей и т.д. Форма подачи материала многоуровневая. В отдельные блоки вынесены дополнения — специальные разделы, углубляющие и расширяющие содержание текста главы, подробно и увлекательно описывающие свойства определенных групп веществ, их применение. Материал, предназначенный для углубленного изучения предмета, набран мелким шрифтом. В разделе Приложения представлены схемы химических превращений важнейших непереходных элементов, а также дополнительный справочный материал. В учебнике нашли отражение современные взгляды на строение неорганических веществ и их свойства.

При обсуждении двухатомных молекул, а также молекул воды и аммиака использован метод молекулярных орбиталей. На базе новейших достижений химии изложены протолитические процессы (гидролиз катионов металлов), дана современная трактовка вторичной периодичности. В курс неорганической химии впервые в отечественной учебной литературе введены понятия об алкалидах и электридах, ионах Цинтля, карборанах, о строении полиоксогидроксометаллатов непереходных металлов.

По сравнению с зарубежными учебниками по неорганической химии в книге, представленной читателю, большее внимание уделено химии растворов и описанию свойств тех веществ, с которыми студенты знакомятся непосредственно при выполнении практических работ. В то же время сведения о металлоорганических соединениях часто опушены. Учебник написан простым языком, адаптирован для студентов первого курса, а по уровню изложения доступен учащимся старших классов. В книге приведено много рисунков и формул сложных неорганических веществ.

Безусловно, они не предназначены для заучивания наизусть, а служат лишь иллюстрацией основных концепций и закономерностей. Некоторые экспериментальные факты почерпнуты из многотомного справочника Оше11п — Кзапгз НапдЬпсЬ г(ег апогяап1зсЬеп СЬеппе, пятитомной энциклопедии СотргеЬепзпе 1погяап!с СЬеш!зггу (И.У.: Регяашоп Ргезз, 1973) и лучших европейских и американских учебников (Со!гоп Е.А., 1г7Влпяоп б., Миа!!о С.А.„Вос)гтапп М Адчапсег( 1погяап1с СЬеш!зггу. — Х.''г.: ЗоЬп%!1еу апд Бонз, 1999; бгеепиоос! ЖН., ЕагпяЬавА.

СЬеш!зггу оГ гЬе Е!ешепгз. — Х.У.: ВпггегвоггЬ вЂ” Не!пегпапп, 1997; Нийееу Х Е., Кейег ЕА., Кейег Я. Е. 1погяап1с СЬеппяггу. Рппс1р1ез оГ Бгшсгпге апд Веасгпчгу. — Ь(.У.: Нагрег Со1йпз, 1993; Но!1ешап — %!Ьегй 1.еЬгЬпсЬ г(ег апогяап1зсЬеп СЬеппе. — Вегйп: %а1гег де Ошугег, 1995; Роия!ая В, Е., МсРап!е! Р. Н., А!ехапг!ег,Г.Х. Сопсергз апд Мог!е!з оГ 1погяап!с СЬеш!зггу.

— Х.''г.: УоЬп %11еу апг1 Бонз, 1993; М!пяоя Р. М.Р. Еззепйа1 Тгепг!з 1п 1погяап!с СЬеш!зггу. — ОхГогд: ОхГогд ()пиегз!гу Ргезя, 1998; НоияесюГ! С. Е., Я~агре А. 1погяап1с СЬеш!зггу. — Х.У.: Ргепйсе На11, 2001) либо взяты из оригинальных статей и специальной литературы. В этом случае приведены ссылки. А.А.Дроздов, В.Н.Зломанов, Г.Н.Мазо, Ф.М, Спиридонов Глава 1 ВОДОРОД 1.1. ПОЛОЖЕНИЕ В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ. ИЗОТОПЫ. НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ Атом водорода Н состоит из одного протона и одного электрона. Электрон- 1 ная конфигурация водорода 1з подобна конфигурации валентных электронов ! атомов щелочных металлов.

Однако водород нельзя считать электронным аналогом щелочных металлов из-за отсутствия у него внутренней электронной подкладки. Как и щелочные металлы, водород является восстановителем, проявляет степень окисления +1, его спектры испускания и поглощения состоят из небольшого набора линий. Подобно галогенам атому водорода для завершения внешнего слоя не достает одного электрона. Этим и обусловлено сущеспювание гидрид-иона Н . В то же время по значению первой энергии (потенциала) ионизации 1, = 1312 кДж/моль водород оказывается ближе элементам 14-й группы (для углерода У~ = 1086 кДж/моль). Подобно элементам 14-й группы водород обладает наполовину заполненным внешним энергетическим уровнем.

Таким образом, водород занимает особое положение в Периодической системе. Недаром в первом' варианте Периодической системы 18б9 г. Д. И. Менделеев вьщелил его в особую графу. Водород — самый распространенный элемент во Вселенной. Он входит в состав звезд и межгалактического газа. Водород — самый легкий из элементов, поэтому его атомы легче других преодолевают гравитационное поле и покидают атмосферу Земли. Именно этим объясняется тот факт, что по числу атомов в земной коре водород занимает третье место (15,4%), уступая более тяжелым элементам — кислороду и кремнию. На долю водорода приходится примерно 0,15% массы всей земной коры (он стоит на девятом месте по распространенности, выраженной в мас.%). На Солнце и других звездах водород находится в атомарном состоянии, в межзвездной среде — в виде частично ионизованных двухатомных молекул, В следовых количествах водород в виде простого вещества содержится в верхних слоях атмосферы Земли.

Однако большая часть находящегося на Земле водорода связана в воду — главное соединение этого элемента. Водород является составной частью подавляющего большинства органических соединений, он входит в состав природного газа, нефти, белков, жиров и углеводов. Несмотря на высокую распространенность, водород открыли лишь в первой половине Х'т'! в. Р. Бойль и его современники наблюдали вьщеление горючего газа при взаимодействии некоторых металлов с кислотами. Столетие спустя Г.

Кавендиш изучил свойства Тяжелая вода. Вода ОзО, образованная атомами дейтерия, — тяжелая вода— замерзает при 3,82'С, а кипит при 101,4 С; при 20'С она имеет плотность 1,106 г/см', в то время как обычная вода — 0,998 г/см'. Ядра дейтерия имеют ядерный момент, равный 1, а не '/ь как у легкого изотопа. С этим связано использование тяжелой воды и других дейтерированных растворителей (например, дейтерохлороформа СОС1») в спектроскопии ядерного магнитного резонанса. Однако главное применение тяжелая вода находит в ядерной технике в качестве замедлителя быстрых нейтронов благодаря тому, что дейтерий в отличие от прстия имеет более низкое сечение захвата нейтронов.

Тяжелая вода оказывает губительное действие на высших животных и человека. Так, замена одной трети НзО на ОзО приводит к бесплодию, нарушению углеводного баланса и анемии. Интересно, что некоторые типы водорослей способны существовать даже в 99,5%-й тяжелой воде. Впервые тяжелую воду получили в виде остатка при вакуумной перегонке большого количества воды. Сейчас дейтерий выделяют из природной смеси путем изотопного обмена между водой и сероводородом; Н,Б(г.) + О,О ~~ НБ13(г.) + НОВ(ж.) Дейтерированне, т.е.